Arsitektur Jaringan UMTS (Yanto Sugiyanto) 1. UMUM Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) saat ini dipandang sebagai sebuah sistem impian yang menggantikan Global System for Mobile Communication (GSM). UMTS merupakan salah satau evolusi generasi ketiga (3G) dari jaringan mobile. UMTS juga memperlihatkan permintaan yang makin berkembang dari aplikasi mobile dan aplikasi internet untuk kapasitas baru sehinga dunia komunikasi mobile makin ramai. Transmisi peningkatan jaringannya mencapai kecepatan sampai 2 Mbps per pemakai mobile dan menetapkan suatu standard penjelajahan yang global. UMTS disebut juga sebagai Wideband - Code Division Multiple Access (W-CDMA). Sistem ini mengijinkan banyak aplikasi yang lain untuk diperkenalkan ke pelosok di seluruh dunia kepada para pemakai mobile dan menyediakan suatu link yang penting di masa kini antara sistem GSM dan standar terakhir dari worldwide tunggal untuk seluruh telekomunikasi mobile, International Mobile Telecommunications- 2000 (IMT-2000). 2. IMT-2000 Karakteristik utama dari sistem 3G yang kita kenal sebagai IMT-2000, adalah satu keluarga yang mempunya standar campatible dan memiliki karakteristik sebagai berikut ; Digunakan diseluruh dunia Digunakan untuk seluruh aplikasi mobile Support terhadap transmisi data dari packed-switched dan circuit switched Menawarkan rate data tinggi sampai 2 Mbps Menawarkan efesiansi spectrum yang tinggi IMT-2000 adalah satu set persyaratan yang dikeluarkan oleh International Telecommunications Union (ITU). IMT mewakili Intenational Mobile Telecommunications, dan 2000 menggambarkan dari tahun yang dijadwalkan untuk sistem percobaan awal dan cakupan frekwensi dari 2000 MHZ (WARC'92; 1885-2025 MHZ dan 2110-2200 MHZ). Semua standar 3G telah dikembangkan oleh regional standards developing organizations (SDOs). Secara keseluruhan proposal yang telah disampaikan oleh regional SDOs di ITU pada tahun 1998 sebanyak 17 proposal yang berbeda untuk standar IMT-2000, 11 proposal untuk sistem teresterial dan 6 proposal untuk mobile satellite systems (MSSs). Pada akhir tahun 1998 proposal itu telah dievaluasi secara lengkap, dan pertengahan 1999 telah di negosiasikan pada consensus yang berbeda pandangan sehingga 17 proposal tersebut telah disetujui sebagai standar IMT- 2000 oleh ITU. Paling utama dari proposal IMT-2000 adalah UMTS (W-CDMA) sebagai pengganti dari GSM, CDMA2000 sebagai pengganti dari standar sementara 95 (IS 95), dan time division synchronous CDMA (TD- SCDMA) (universal wireless communications-136 [UMC-136]/EDGE) sebagai dasar peningkatan TDMA untuk D-AMPS/GSM. MobileIndonesia.net Sharing Knowledge, Sharing Information 1
UMTS mengijinkan banyak aplikasi untuk diperkenalkan kepada pemakai diseluruh dunia dan menyediakan berbagai link terpenting dari system GSM di masa kini dan IMT-2000. Jaringan baru juga harus menunjukkan pertumbuhan permintaan dari mobile dan aplikasi internet untuk kapasitas baru di dunia komunikasi mobile yang sudah padat. Peningkatan kecepatan transmisi UMTS sampai 2 Mbps per pemakai mobile dan menetapkan suatu standar penjelajahan yang global. UMTS dikembangkan oleh Third-Generation Partnership Project (3GPP), suatu usaha patungan dari beberapa SDOs ETSI (Eropa), Association of Radio Industries and Business / Telecommunication Technology Committee (ARIB/TTC) (Jepang), American National Standards Institute (ANSTI) T-1 (USA), Telecommunication Technology Association (TTA) (South Korea), and Chinese Wireless Telecommunication Standard (CWTS) (China). Untuk menjangkau penerimaan global, 3GPP memperkenalkan UMTS dalam beberapa tahap dan rilis tahunan. Rilis pertama (UMTS Rel. 99), diperkenalkan pada bulan Desember 1999, ini menunjukkan peningkatan dan pergantian untuk jaringan GSM yang ada. Untuk rilis kedua (UMTS Rel. 00), pergantian yang sama diusulkan sebagai peningkatan untuk IS-95 (dengan CDMA2000) dan TDMA (dengan TD-CDMA dan EDGE). Perubahan yang paling penting dalam Rel. 99 adalah UMTS Terrestrial Radio Access (UTRA), suatu antarmuka radio W-CDMA untuk komunikasi land-based. UTRA mendukung Time Division Duplex (TDD) dan Frequency Division Duplex (FDD). Model TDD dioptimalkan untuk public micro dan pico cells dan aplikasi cordless tanpa lisensi. Model FDD dioptimalkan untuk cakupan area yang luas, yaitu; public macro dan micro cells. Kedua model tersubut menawarkan rate data yang dinamis dan fleksibel sampai 2 Mbps. Model UTRA yang digambarkan lain, multicarrier (MC), diharapkan untuk dapat kompatibel antara UMTS dan CDMA2000. Gambar 1. Konsep Evolusioner MobileIndonesia.net Sharing Knowledge, Sharing Information 2
3. Arsitektur Jaringan UMTS UMTS (Rel. 99) mempersatukan peningkatan dari GSM tahap 2+ Core Network dengan GPRS dan CAMEL. Memungkinkan operator jaringan untuk menikmati peningkatan efesiensi biaya karena UMTS dapat melindungi investasi 2G dan mengurangi resiko dari implementasi tersebut. Dalam UMTS rilis 1 (Rel. 99), telah diperkenalkan suatu jaringan kases radio baru UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN). UTRAN, UMTS Radio Access Network (RAN), dapat dihubungkan dengan GSM tahap 2+ Core Network (CN) melalui Iu. Iu merupakan antarmuka UTRAN antara Radio Network Controller (RNC) dan CN; antarmuka UTRAN antara RNC dan packet-switched domain dari CN (Iu-PS) adalah digunakan untuk data PS dan antarmuka UTRAN antara RNC dan circuit-switched domain dari CN (Iu-CS) adalah digunakan untuk data CS. Mobile Stations (MSs) GSM-only akan dapat dihubungkan ke jaringan melalui GSM air (radio) interface (Um). UMTS/GSM dual-mode user equipment (UE) akan dapat dihubungkan ke jaringan melalui UMTS air (radio) interface (Uu) pada rate data yang sangat tinggi (hampir sampai 2 Mbps). Diluar layanan area UMTS, UMTS/GSM UE akan dapat dihubungkan ke jaringan dengan mengurangi rate data melalui Um. Maksimum data rate adalah 115 kbps untuk data CS oleh HSCSD, 171 kbps untuk data PS oleh GPRS, dan 553 kbps oleh EDGE. Mendukung handover antara UMTS dan GSM, dan handover antara UMTS dan system 3G yang lain (e.g., multicarrier CDMA [MC-CDMA]) akan dapat mendukung semua akses diseluruh dunia dengan benar. Gambar 2. Rate Transmisi MobileIndonesia.net Sharing Knowledge, Sharing Information 3
Public Land Mobile Network (PLMN) diuraikan dalam UMTS Rel. 99 mempersatukan 3 kategari utama dari elemen jaringan ; 1. GSM Phase ½ core network elements; mobile service switching center (MSC), visitor location register (VLR), home location register (HLR), authentication center (AC), and equipment identity register (EIR) 2. GSM Phase 2+ enhancements; GPRS (serving GPRS support node [SGSN] dan gateway GPRS support node [GGSN]) dan CAMEL (CAMEL service environment [CSE]) 3. Peningkatan dan modifikasi UMTS yang spesifik, terutama UTRAN. 3.1. Elemen jaringan dari GSM Phase ½ GSM phase ½ PLMN berisi dari 3 subsistem; base station subsystem (BSS), network dan switching subsystem (NSS), dan operations support system (OSS). BSS berisi dengan beberapa unit fungsional; base station controller (BSC), base transcievier station (BTS) dan transcoder and rate adapter unit (TRAU). NSS berisi beberapa unit fungsional; MSC, VLR, HLR, EIR, dan AC. MSC berfungsi menyediakan seoerti switching, signaling, paging, dan inter-msc handover. OSS berisi operation dan maintenance centers (OMSs), yang digunakan untuk remote dan tugas centralized operation, administration, dan maintenance (OAM). Gambar 3. Jaringan UMTS Tahap 1 MobileIndonesia.net Sharing Knowledge, Sharing Information 4
3.2. Elemen jaringan dari GSM Phase 2+ 3.2.1. GPRS Yang terpenting dari bagian evolusioner GSM menuju UMTS adalah GPRS. GPRS memperkenalkan PS kedalam GSM CN dan mengijinkan akses langsung ke packet data networks (PDNs). Transmisi PS ini memungkinkan untuk rate data tinggi dengan baik diluar batas 64 kbps dari ISDN melalui GSM CN, transmisi data rate untuk UMTS diperlukan sampai 2 Mbps. GPRS akan siapkan dan menoptimalisasi CN untuk data rate yang tinggi pada transmisi PS, seperti halnya UMTS dengan UTRAN pada RAN. Seperti itu juga, GPRS adalah suatu persyaratan untuk pengenalan UMTS. Dua unit fungsional ini meluas dari arsitektur GSM NSS untuk layanan GPRS PS; GGSN dan SGSN, GGSN mempunyai fungsi membandingkan pada gateway MSC (GMSC). SGSN berada pada level hirarki yang sama sebagai visited MSC (VMSC)/VLR dan melaksanakan fungsi yang dapat diperbandingkan seperti routing dan mobility management. 3.2.2. CAMEL CAMEL memungkinkan akses di seluruh dunia pada operator yang memakai aplikasi IN seperti prepaid, call screening, dan supervision. CAMEL adalah peningkatan utama GSM tahap 2+ untuk pengenalan konsep UMTS virtual home environment (VHE). VHE adalah suatu platform dari definisi layanan fleksibel (koleksi dari jasa kreasi tool) itu memungkinkan operator untuk memodifikasi atau penigkatan layanan yang sudah ada ada atau membuat layanan baru. Lagipula, VHE memungkinkan akses diseluruh dunia ke layanan spesifik operator ini dalam setiap GSM dan UMTS PLMN dan memperkenalkan layanan locationbased (oleh interaksi dengan GSM/UMTS mobility management). A CSE dan suatu protokol baru dari common control signaling system 7 (SS7) (CCS7), CAMEL application part (CAP), dipergunakan pada CN untuk memperkenalkan CAMEL. 3.3. Elemen jaringan dari UMTS Phase 1 Telah disebutkan di atas, bahwa UMTS berbeda dengan GSM tahap 2+ kebanyakan dalam prinsip yang baru untuk transmisi interface udara (W-CDMA sebagai ganti dari TDMA / FDMA). Oleh karena itu, suatu RAN yang baru disebut dengan UTRAN harus dikenalkan dengan UMTS. Hanya proyeksi modifikasi, seperti alokasi dari trnascoder (TC) berfungsi untuk penekanan suara pada CN, dibutuhkan dalam CN untuk mengakomodasi perubahan itu. Fungsi TC adalah digunakan bersama dengan interworking function (IWF) untuk konversi protokol antara interface A dan Iu-CS. 3.3.1. UTRAN Standar UMTS dapat dilihat debagai suatu perluasan dari jaringan yang ada. Dua elemen jaringan baru telah diperkenalkan dalam UTRAN, RNC, dan Node B. UTRAN dibagi lagi dalam radio network system (RNSs) yang individual, dimana masing-masing RNS adalan dikontrol oleh RNC. RNC dihubungkan ke suatu set dari elemen Node B, yang mana masing-masing Node B dapat melayani satu atau beberapa sel. MobileIndonesia.net Sharing Knowledge, Sharing Information 5
Gambar 4. UMTS tahap 1: UTRAN Elemen jaringan yang ada, seperti MSC, SGSN, dan HLR, dapan diperluas untuk mengadopsi persyaratan UMTS, tapi RNC, Node B, dan handset harus didesain baru semua. RNC akan menjadi pengganti untuk BSC, dan Node B akan berfungsi hampir sama seperti BTS. Jaringan GSM dan GPRS akan dikembangkan, dan layanan baru akan terintegrasi ke dalam keseluruhan jaringan yang keduanya berisi interface yang sudah ada seperti A, Gb, dan Abis, dan termasuk Iu yang merupakan interface baru, interface UTRAN antara Node B dan RNC (Iub), dan interface UTRAN antara dua RNCs (Iur). Empat interface terbuka baru dalam UMTS ; Uu: interface UE ke Node B (UTRA, the UMTS W-CDMA air interface) Iu: interface RNC ke GSM tahap 2+ CN (MSC/VLR atau SGSN) o Iu-CS untuk data circuit-switched o Iu-PS untuk data packet-switched Iub: interface RNC ke Node B Iur: interface RNC ke RNC, bukan perbandingan ke interface yang lain dalam GSM. Interface dari Iu, Iub, dan Iur adalah bersadarkapan pada prinsip transmisi ATM. RNC memungkinkan otonomi dari radio resource management (RRM) oleh UTRAN. RRM melaksanakan fungsi yang sama seperti GSM BSC, menyediakan central control untk elemen RNS (RNC dan beberapa Node B). MobileIndonesia.net Sharing Knowledge, Sharing Information 6
RNC menangani pertukaran protokol antara interface Iu, Iur, dan Iub dan bertanggung jawab untuk centralized operation dan maintenance (O&M) dari keseluruhan RNS dengan akses bagi OSS. Karena interfacenya berbasis ATM, RNS memindahkan sel ATM antara interface Iu, Iur, dan Iub. Para pemakai data pada circuit-switched dan packet-switched besaral dari interface Iu-CS dan Iu-PS merupakan multiplex bersama untuk transmisi multimedia melalui interface Iur, Iub, dan Uu untuk dan dari UE. RNC menggunakan interface Iur, yang tidak sama dalam GSM BSS, untuk secara otonomi menangani 100 persen dari RRM, menghilangkan beban dari CN. Melayani fungsi kontrol seperti admission, koneksi RRC ke UE, keberagaman makro atau handover dan congestion sepenuhnya diatur oleh serving RNC (SRNC) tunggal. Jika RNC yang lain dilibatkan dalam koneksi yang aktip melalui suatu soft handover inter-rnc, dideklarasikan sebagai suatu drift RNC (DRNC). DRNC hanya bertanggung jawab untuk alokasi dari sumber kode. A dimungkinkan untuk mengalokasikan ulang dari fungsi SRNC bagi DRNC yang terdahulu (alokasi ulang serving radio network subsystem [SRNS]). Bagian dari controlling RNC (CRNC) digunakan untuk menggambarkan RNC yang mengontrol sumber logika dari akses poin UTRAN. 3.3.2. Node B Gambar 5. Fungsi RNC Node B merupakan unit fisik dari transmisi /resepsi radio dengan menggunakan sel. Tergantung pada sektorisasinya (omni/sektor sel), satu sel atau lebih dapat dilayani oleh node B. Suatu Node B tunggal dapat mendukung kedua model dari FDD dan TDD, dan model tersebut dapat menjadi co-located dengan BTS GSM untuk mengurangi cost dari implementasinya. Node B dihubungkan dengan UE melalui MobileIndonesia.net Sharing Knowledge, Sharing Information 7
interface radio Uu W-CDMA dan dihubungkan dengan RNC melaui interface Iub yang berbasis ATM. Node B merupakan titik dari terminal ATM. Tugas utama dari Node B adalah mengkonversi data dari dan untuk interface radio Uu, termasuk forward error correction (FEC), adaptasi nilai, spreading/despreading W-CDMA, dan modulasi quadrature phase shift keying (QPSK) pada interface udara. Node B mengukur kekuatan dan kualitas koneksi dan menentukan dari frame error rate (FER), transmisi data ini ditujukan kepada RNC sebagai laporan pengukuran dari handover dan kombinasi keaneka ragaman yang makro. Node B juga bertanggung jawab untuk softer handover FDD. Kombinasi keaneka ragaman mikro bebas dilakukan, menghapus kebutuhan untuk transmisi penambahan kapasitas dalam Iub. Node B juga beparsitipasi dalam kontrol daya, sebagai sesuatu yang memungkinkan untuk penyesuaian daya memakai perintah downlink (DL) transmission power control (TCP) melalui inner-loop power control berdasarkan pada informasi uplink (UL) TCP. Nilai-nilai yang sudah dikenal dari inner-loop power control berasal dari RNC melalui outer-loop power control. Gambar 6. Overview Node B 3.3.3. UMTS UE UMTS UE pada prinsipnya sama dengan MS GSM yang memisahkan antara mobile equipment (ME) dan kartu UMTS subscriber identity module (U-SIM). UE adalah bagian pendukung untuk berbagai elemen jaringan dalam fungsi dan prosedur yang bermacam-macam. MobileIndonesia.net Sharing Knowledge, Sharing Information 8
Gambar 7. Fungsi UE Referensi : http://www.iec.com [the international engineering consortium] http://www.umtsworld.com [news and information about 3G mobile networks] MobileIndonesia.net Sharing Knowledge, Sharing Information 9